باران مصنوعی چیست و از معایب و مزایای آن چه می دانید؟

باران مصنوعی تکنولوژی است که با فرآیند بارورسازی ابرها استفاده می شود و هدف آن تغییر میزان یا نوع بارش در یک منطقه خاص است. باران مصنوعی با پاشیدن موادی مانند یدید نقره یا گزینه های ارزان تر مانند دی اکسید کربن جامد (یخ خشک) یا حتی کلرید سدیم در ابرها تولید می شود و در برخی مناطق می تواند به پیشگیری از خشکسالی کمک کند.

در حال حاضر ما می دانیم باران چگونه شکل می گیرد. آب حاصل از تبخیر از دریا یا هر قسمت دیگر توسط باد به تروپوسفر (پایین ترین لایه جو) می رود در این قسمت برخی قطرات با هم ادغام شوند و سپس این روند ادغام ادامه می یابد و وقتی تراکم قطره های مجاور به ۰.۱ میلی متر رسید دیگر توانایی شناوری در هوا را ندارند و به صورت باران فرو می ریزند. بنابراین چرا برای مقابله با خشکسالی از باران مصنوعی استفاده نکنیم. برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه در ادامه مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

تاریخچه بارورسازی ابرها و ایجاد باران مصنوعی

در سال ۱۸۹۱ لوئیس گاتمن پیشنهاد كرد كه شلیک دی اکسید كربن مایع به ابرهای بارانی باعث باریدن آنها شود. در طول دهه ۱۹۳۰ ، فرآیند Bergeron-Findeisen نظریه ای بود که توضیح می داد قطرات آب فوق العاده سرد اگر بر روی ابرهای بارانی رها شوند باعث بارش باران می شوند.

وینسنت شفر و ایروینگ لانگمویر دانشمندان دیگری بودند که نظریه بارورسازی ابرها را تأیید کردند. شفر در ژوئیه ۱۹۴۶ از طریق مجموعه ای از حوادث پر سر و صدا اصل باروری ابر را کشف کرد. به دنبال ایده هایی که بین او و برنده جایزه نوبل ، لانگمویر رد و بدل شد وی روشی را برای آزمایش ابرهای فوق سرد با استفاده از عوامل بالقوه برای تحریک رشد بلورهای یخ  مانند نمک سفره ، پودر تالک ، خاک ، گرد و غبار و عوامل شیمیایی مختلف با اثر بخشی جزئی کشف کرد.

او در نهایت فرآیند بارورسازی ابرها را با افزودن یک تکه یخ خشک برای پایین آوردن دمای محفظه آزمایش خود با موفقیت انجام داد. این آزمایش بارها به راحتی تکرار شد و او شیب دمایی را تا حد −۴۰ درجه سانتی گراد برای ایجاد قطرات آب مایع در ابرها و تولید باران مصنوعی کشف کرد.

چگونه می توان باران مصنوعی تولید کرد؟

در شرایطی که ابر وجود دارد ، اما باران وجود ندارد از این پدیده  به عنوان خنک کننده ابر استفاده می شود. در چنین شرایطی ممکن است دمای ابر نزدیک به صفر باشد و حتی  بلورهای یخ در آن وجود داشته باشد. بنابراین بخار آب این  ابر نمی تواند به صورت آب مایع متراکم شود. در این شرایط با استفاده از مواد شیمیایی که توسط هواپیما روی ابرها پاشیده می شوند می توان ابرها را سردتر کرد تا قطرات آب متراکم شوند و باران تشکیل شود.

فرآیند تشکیل باران مصنوعی چگونه است؟

این فرآیند شامل سه مرحله است ، مرحله اول تحریک ، مرحله دوم مرحله ساخت و سومین بمباران با مواد شیمیایی است. این فرایند شامل استفاده از مواد شیمیایی برای تحریک توده هوا منطقه هدف برای بالا رفتن و تشکیل ابرهای بارانی است. این ابرها قادر به جذب بخار آب از توده هوا هستند بنابراین فرآیند چگالش در ابرها را تحریک می کنند.

در مرحله دوم ، توده ابر با استفاده از مواد شیمیایی مانند نمک آمونیوم ، نمک آشپزخانه و بعضا کلرید کلسیم بارور می شوند. سپس در مرحله سوم از مواد شیمیایی مانند عوامل فوق العاده خنک مانند یدید نقره و یخ خشک استفاده می شود تا منجر به تشکیل قطره های باران و سقوط آنها بر روی زمین شود.

مزایا و معایب باران مصنوعی چیست؟

مزایای باروری ابرها برای تولید باران علاوه بر برطرف کردن خشکسالی این است که بخار آب موجود در جو را تنظیم می کند . این مسئله به نوبه خود می تواند از خسارات احتمالی بارش تگرگ های مخرب و طوفان جلوگیری کند. علاوه بر این می توان محصولات کشاورزی بیشتری را در مناطقی که به دلیل کم آبی قادر به کشت و زرع نیستند، تقویت کرد.

از معایب باروری ابرها می توان به این مسئله اشاره کرد که استفاده از مواد شیمیایی می تواند به محیط زیست به ویژه گیاهان و حیوانات آسیب برساند. اگرچه در حال حاضر مشخص نیست که یدید نقره برای سلامتی ما مضر است یا خیر اما ممکن است در آینده این مسئله مشخص شود زیرا به تحقیقات بیشتری در این زمینه نیاز است.

این تکنیک بیشتر در ابرهایی استفاده می شود که از قبل خودشان نشانه های اولیه بارندگی را دارند بنابراین مشخص نیست که واقعاً باعث بارندگی می شود یا خیر. از آنجاییکه بارورسازی ابرها و تولید باران تغییراتی در آب و هوا ایجاد می کند ممکن است الگوی آب و هوا را نیز تغییر دهد.

از طرفی این تکنیک بسیار گران است و در حال حاضر همه کشورها قادر به استفاده از آن نیستند و همچنان منتظر بارندگی های طبیعی هستند تا از خشکسالی نجات پیدا کنند.

 شرایط بارورسازی ابرها

بارورسازی ابر یک روش مصنوعی برای القای رطوبت در ابرها برای ایجاد بارندگی است و در واقع به نوعی اصلاح هوا است. درست مانند یک کشاورز که بذر را در مزرعه می کارد  که بعداً به گیاهان زراعی تبدیل می شود برای ابرها نیز چنین فرآیندی رخ می دهد. البته بذرهای مورد استفاده  در این روش  چیزی جز یدید نقره ، یدید پتاسیم و یخ خشک نیستند.

برای ایجاد باران ، ابرها از طریق هواپیماها یا شلیک با این بلورهای یخ بارور می شوند. سپس رطوبت ابرها در اطراف بلورهای یخ متراکم شده و این قطرات درشت می شوند و تحت تاثیر نیروی جاذبه به صورت باران می بارند.

برای باروری ابرها شرایط جوی مناسب با ابرهای زیادی که توانایی باران دارند لازم است چون ما نمی توانیم برویم و آسمان صاف را بارور کنیم. ابرها از تراکم بخار آب نامرئی تشکیل شده و حاوی هسته های حاصل از غبار ، گرده و نمک حاصل از اقیانوس هستند . بارورسازی تعداد هسته های موجود در ابر را افزایش می دهد. قطرات باران یا بلورهای یخ ممکن است بدون این هسته های اضافه شده به صورت مصنوعی تشکیل نشوند.

روش های تولید باران مصنوعی

این روش ها در کشورهایی که به صورت طبیعی آب و هوای خشک دارند از جمله عربستان استفاده می شوند تا به دمایی معتدل تر دست یابند. در عربستان ۳ روش برای بارورسازی ابرها استفاده می شود که در ادامه شرح داده می شود.

بارورسازی ابرها از طریق هوا

متداول‌ ترین روش استفاده از هواپیما برای پرتاب هسته‌ های چگالشی به داخل ابرها است. این هسته‌ های سنگین حاوی نمک های منیزیم، کلرید پتاسیم و کلرید سدیم هستند که به شکل توپک ها در ابرها رها می ‌شوند. این ترکیبات در داخل ابرها باعث افزایش تراکم قطرات آب شده و باعث بارندگی می شوند. این کشور با هدف قرار دادن ابرهای باران زا در تلاش است که میزان بارندگی را حداقل ۱۵ درصد افزایش دهد.

بارورسازی ابرها از زمین

دومین روش بارورسازی ابرها استفاده از ژنراتورهای زمینی است که در حال حاضر در مناطق کوهستانی عربستان نصب شده اند. این ژنراتورها توپک های حاوی نمک را از زمین به سمت ابرها پرتاب می ‌کنند تا به همان روش بارندگی را افزایش دهد.

بارورسازی ابرها با نانو تکنولوژی

این فناوری شامل استفاده از بلورهای نمکی است که با روکش‌ های نانوپارتیکل دی اکسید تیتانیوم پوشانده شده‌ اند. این کریستال ‌ها برای متراکم شدن قطرات باران و افزایش احتمال بارش مورد استفاده قرار می گیرند.

باران مصنوعی در ایران

از آنجاییکه بسیاری از مناطق ایران خشک است و میزان بارندگی ها نیز چند سالی به شدت کاهش یافته بود زمزه هایی از همکاری سپاه برای بارورسازی ابرها و باران مصنوعی به گوش می رسید. در واقع باید گفت که تاریخچه تولید باران مصنوعی در ایران  به  سال ۱۳۴۷برمی گردد که این طرح تصویب شد.

البته بین سال های ۱۳۵۳ تا ۱۳۵۷ وزارت نیرو با همکاری یک شرکت کانادایی ابرهای اطراف تهران را بارورسازی کرد و در سال ۱۳۷۷ سه پروژه مشترک در این زمینه با روسیه در مناطق مرکزی ایران و استان گیلان انجام شد.

با این حال در حال حاضر هنوز سرانجام این پروژه و جزئیات دقیقی در رابطه با آن در دسترس نیست. ولی کشورهایی مانند چین، عربستان، روسیه، کانادا و مناطقی از هند با موفقیت از این روش برای تولید باران مصنوعی استفاده می کنند.

آیا باران مصنوعی مشکل آب را در آینده حل خواهد کرد؟

اگرچه باران مصنوعی می تواند یک راه حل مناسب برای کم کردن خشکسالی در زمین باشد اما همانطور که گفتیم هزینه آن زیاد است و از طرف دیگر ممکن است آلودگی زیست محیطی ایجاد کند که هنوز عوارض آن برای اکوسیستم های مختلف به خوبی مطالعه نشده است.

باران مصنوعی علاوه بر رفع خشکسالی می تواند برای کاهش آلودگی هوا نیز موثر باشد ولی هنوز مشخص نیست که این روش الگوهای آب و هوایی را تغییر می دهد یا خیر. در هر صورت می توان با استفاده گهگاه از این روش میزان بارش یک منطقه را تاحدودی افزایش داد.

تحقیق در مورد باران مصنوعی

بارورسازی ابرها یک فرآیند علمی است که توانایی ابر در ایجاد باران یا برف و همچنین کنترل سایر رویدادهای آب و هوایی را بهبود می ‌بخشد. این تکنیک که متخصصان آن را اصلاح آب و هوا نیز می‌ن امند، واقعاً می ‌تواند در مناطقی که منبع کافی آب طبیعی ندارند کمک کند. پس از بارور شدن ابرها، نزولات جوی (باران یا برف) از ابرها روی زمین می بارد. این روش در سال ۱۹۴۶ توسط دانشمندان آزمایشگاه تحقیقاتی جنرال الکتریک آغاز شد. آنها کشف کردند که می توانند از یدید نقره – یک ترکیب معدنی – و یخ خشک برای بهبود ایجاد کریستال های یخ در ابرها استفاده کنند.

امروزه بارورسازی ابرها همچنان شامل یدید نقره و یخ خشک است. اما در ۶۰ سال گذشته، کارشناسان چیزهای بیشتری در مورد این روش یاد گرفته اند. این امر از آن زمان باعث افزایش درک فرآیندهای باران و برف و بهبود روش های بذرکاری شده است. همه ابرها باران ایجاد نمی کنند. تنها چند ابر قادر به تولید رطوبت کافی هستند که اجازه می دهد قطرات باران درشت تشکیل شوند.

این ممکن است به این دلیل اتفاق بیفتد که ذرات یخ کافی در یک ابر وجود ندارد. به همین دلیل، قطرات ابر کافی برای ترکیب و ایجاد قطرات باران وجود ندارد. یکی دیگر از دلایلی که برخی از ابرهای بارانی ممکن است در ایجاد باران با مشکل مواجه شوند این است که برخی از آنها به اندازه کافی دوام نمی آورند که قطرات ابر برای ایجاد باران جمع شوند. بارورسازی ابرها به این ابرها کریستال های یخ (یا هسته های ابر) بسیار بیشتری می دهد. اگر کارشناسان بذر را در زمان مناسب کامل کنند، منجر به تامین رطوبت بیشتر می شود که در نهایت باعث ایجاد آب باران می شود. کارشناسان از یدید نقره استفاده می کنند زیرا ساختار آن بسیار شبیه به کریستال های یخ طبیعی است.